KR102386923B1 - 터빈배기부 지지장치, 이를 이용한 터빈 및 가스터빈 - Google Patents

터빈배기부 지지장치, 이를 이용한 터빈 및 가스터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 터빈 운전 시 터빈의 배기부의 열변형이 발생하는 경우, 열변형에 대응하여 상기 배기부를 지지함으로써 배기부에서 발생하는 열응력을 최소화하여 배기부의 파손현상을 방지할 수 있는 터빈배기구 고정장치 및 이를 이용한 터빈, 가스터빈을 제공하기 위한 것으로, 터빈케이싱의 후단에 설치되어 터빈을 통과한 배기가스가 배출되는 터빈의 배기부를 지지하는 터빈배기부 지지장치에 있어서, 상기 터빈케이싱의 외주에 설치되는 케이싱지지블럭부; 상기 케이싱지지블럭부에 이격되어 설치되며, 상기 배기부의 외주에 설치되는 배기부지지블럭부; 및 일단은 상기 케이싱지지블럭부와 회전가능하게 결합되고, 타단은 상기 배기부지지블럭부와 회전가능하게 결합되는 회전연결부를 포함하는 터빈배기부 지지장치 및 이를 이용한 터빈, 가스터빈을 제공합니다.

Description

터빈배기부 지지장치, 이를 이용한 터빈 및 가스터빈{STRUCTURE FOR FIXING TURBINE EXHAUST PORTION, TURBINE AND GAS TURBINE USING THE SAME}
본 발명은 터빈배기부 지지장치, 이를 이용한 터빈 및 가스터빈에 관한 것으로, 터빈배기부의 열변형에 대응하여 터빈배기부의 지지구조를 개선한 터빈배기부 지지장치 및 이를 이용한 터빈, 가스터빈에 관한 것이다.
터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.
이 중, 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.
연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.
터빈은 터빈케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.
상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.
이러한 가스터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.
가스터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈 측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.
이와 같이 고온의 연소가스는 상기 로터를 회전시킨 후, 배기부를 통하여 외부로 토출되는데, 이 경우, 상기 배기부는 고온의 배기가스에 의하여 열변형이 발생하게 되며, 이에 따라 상기 배기부를 지지하는 구조물에 열응력이 발생하게 되어 손상이 발생할 뿐만 아니라, 배기부의 위치가 변형된다는 문제점이 발생하였다.
대한민국등록특허 10-1245084 호 배기실의 연결 구조 및 터빈의 지지 구조 그리고 가스 터빈(2013.03.18 공고)
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 터빈 운전 시 터빈의 배기부의 열변형이 발생하는 경우, 열변형에 대응하여 상기 배기부를 지지함으로써 배기부에서 발생하는 열응력을 최소화하여 배기부의 파손현상을 방지할 수 있는 터빈배기구 고정장치 및 이를 이용한 터빈, 가스터빈을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 터빈케이싱의 후단에 설치되어 터빈을 통과한 배기가스가 배출되는 터빈의 배기부를 지지하는 터빈배기부 지지장치에 있어서, 상기 터빈케이싱의 외주에 설치되는 케이싱지지블럭부; 상기 케이싱지지블럭부에 이격되어 설치되며, 상기 배기부의 외주에 설치되는 배기부지지블럭부; 및 일단은 상기 케이싱지지블럭부와 회전가능하게 결합되고, 타단은 상기 배기부지지블럭부와 회전가능하게 결합되는 회전연결부를 포함하는 터빈배기부 지지장치를 제공한다.
본 발명의 상기 케이싱지지블럭부는, 상기 터빈케이싱의 외주를 따라 고정되는 케이싱지지블럭과, 상기 케이싱지지블럭의 일측면에서 돌출되어 형성되는 한 쌍의 케이싱고정편을 포함한다.
본 발명의 상기 배기부지지블럭부는, 상기 배기부의 외주를 따라 고정되는 배기부지지블럭과, 상기 배기부지지블럭의 일측면에서 상기 터빈케이싱 측으로 돌출되어 형성되는 배기부고정편을 포함하고, 상기 케이싱고정편에 제1연결홀이 관통되어 형성되고, 상기 배기부고정편에 제2연결홀이 관통되어 형성되며, 상기 회전연결부는, 양단에 상기 제1연결홀 및 상기 제2연결홀과 각각 연통되는 제1,2볼트홀이 각각 형성되는 연결로드와, 상기 제1연결홀 및 상기 제1볼트홀에 삽입되는 제1연결핀과, 상기 제2연결홀 및 상기 제2볼트홀에 삽입되는 제2연결핀을 포함할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀의 일단에 형성되어, 상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀을 각각 고정시키는 제1핀고정너트 및 제2핀고정너트를 포함하고, 상기 배기부지지블럭은, 배기부의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 일단이 상기 배기부에 고정되는 길이고정블럭과, 상기 길이고정블럭의 타단으로부터 상기 배기부의 외주방향을 따라 연장되어 형성되는 외주고정블럭을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 배기부고정편은, 일단이 상기 외주고정블럭과 고정되며, 상기 배기부측으로 돌출되어 형성되는 외주고정편과, 상기 외주고정편의 타단으로부터 상기 배기부의 길이방향측으로 돌출되어 형성되는 길이고정편과, 상기 길이고정편의 일단에 형성되어 상기 연결로드와 결합되는 연결편을 포함하고, 상기 길이고정편은, 일단이 상기 외주고정편과 결합되며 삼각형상 패널 형상으로 이루어지는 수평지지판재 및 상기 수평지지판재의 배기부측에 수직으로 결합되는 수직지지판재를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 연결로드의 하측에 형성되어 상기 연결로드의 회전각도를 제한하는 스토퍼를 더 포함할 수 있고, 상기 스토퍼는 일측면이 상기 연결로드에 결합되고, 타측면은 상기 수직지지판재의 하면에 접할 수 있다.
다른 한편으로 본 발명은 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서, 복수의 터빈 디스크와, 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 복수의 터빈 로터; 상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인; 및 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하는 터빈케이싱; 상기 터빈케이싱의 일측에 결합되어 상기 터빈 로터를 통과한 연소가스를 외부로 배출하는 배기부; 및 상기 터빈케이싱의 외주에 설치되는 케이싱지지블럭부와, 상기 케이싱지지블럭부에 이격되어 설치되며 상기 배기부의 외주에 설치되는 배기부지지블럭부와, 일단은 상기 케이싱지지블럭부와 회전가능하게 결합되고 타단은 상기 배기부지지블럭부와 회전가능하게 결합되는 회전연결부를 포함하는 터빈배기부 지지장치를 포함하는 터빈을 제공한다.
또 다른 한편으로 본 발명은, 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜 연소가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 디스크와, 상기 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와, 상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인과, 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하는 터빈케이싱과, 상기 터빈케이싱의 일측에 결합되어 상기 터빈 로터를 통과한 연소가스를 외부로 배출하는 배기부와, 상기 터빈케이싱의 외주에 설치되는 케이싱지지블럭부와, 상기 케이싱지지블럭부에 이격되어 설치되며 상기 배기부의 외주에 설치되는 배기부지지블럭부와, 일단은 상기 케이싱지지블럭부와 회전가능하게 결합되고 타단은 상기 배기부지지블럭부와 회전가능하게 결합되는 회전연결부를 포함하는 터빈;을 포함하는 가스터빈을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 터빈배기부의 열변형에 대응하여 상기 배기부를 고정하도록 형성함으로써, 터빈 구동 시 발생하는 배기부의 열변형에 의한 터빈배기부의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 가스 터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 터빈 디스크를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈배기부 지지장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 케이싱지지블럭부, 배기부지지블럭부 및 회전연결부의 결합구조를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 터빈배기부 지지장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예가 적용되는 터빈의 정면도이다.
이하, 본 발명에 따른 터빈의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(100)의 일 예가 도시되어 있다. 상기 가스 터빈은 케이싱(102)을 구비하고 있고, 상기 케이싱은 압축기케이싱(102a)과 터빈케이싱(102b)으로 이루어진다. 그리고 상기 케이싱(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 배기부(106)인 디퓨저가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(102)의 상류측에 압축기(110)가 위치하고, 하류 측에 터빈(120)이 배치된다. 그리고, 상기 압축기(110)와 상기 터빈(120)의 사이에는 터빈에서 발생된 회전토크를 상기 압축기로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(130)가 배치되어 있다.
상기 압축기(110)는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(140)를 구비하고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 타이볼트(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.
구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 상기 타이볼트(150)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대향하는 면이 상기 타이볼트(150)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.
상기 압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드(144)는 루트부(146)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(140)에 체결된다.
상기 각각의 로터 디스크(140)의 사이에는 상기 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.
상기 루트부(146)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.
상기 타이볼트(150)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(140) 및 터빈로터 디스크(180)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부에는 고정 너트(190)에 의해 체결된다.
상기 타이볼트(150)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이볼트가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이볼트가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.
도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.
상기 연소기(104)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.
한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.
이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크 튜브를 거쳐 압축기 섹션으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
상기 터빈은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(120)은 터빈로터, 터빈베인 및 터빈케이싱으로 이루어진다.
상기 터빈 로터는, 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급받은 연소가스에 의하여 회전하는 것으로서 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 복수의 터빈 디스크(180)와 복수의 터빈블레이드(184)로 이루어진다. 상기 터빈디스크는 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 구조로 이루어진다. 상기 터빈 로터 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)와 결합된다. 상기 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 디스크(180)에 결합될 수 있다. 아울러, 상기 터빈 디스크(180)의 블레이드(184)의 사이에도 상기 하우징에 고정되는 터빈 베인(미도시)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.
상기 터빈케이싱은 상기 터빈로터와 상기 터빈베인을 내부에 수용한다.
도 2를 참조하면, 상기 터빈 로터 디스크(180)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수 개의 결합 슬롯(180a)이 형성되어 있다. 상기 결합 슬롯(180a)은 전나무(fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖도록 형성된다.
상기 결합 슬롯(180a)에 터빈 블레이드(184)가 체결된다. 도 2에서, 상기 터빈 블레이드(184)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼부(184a)를 갖는다. 상기 플랫폼부(184a)는 이웃한 터빈 블레이드의 플랫폼부(184a)와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다. 상기 플랫폼부(184a)의 저면에는 루트부(184b)가 형성된다. 상기 루트부(184b)는 상술한 로터 디스크(180)의 결합 슬롯(180a)에 상기 로터 디스크(180)의 축방향을 따라서 삽입되는, 소위 액셜 타입(axial-type)의 형태를 갖는다.
상기 루트부(184b)는 대략 전나무 형태의 굴곡부를 가지며, 이는 상기 결합 슬롯에 형성된 굴곡부의 형태와 상응하도록 형성된다. 여기서, 상기 루트부의 결합구조는 반드시 전나무 형태를 가질 필요는 없고, 도브테일 형태를 갖도록 형성될 수도 있다.
상기 플랫폼부(184a)의 상부면에는 블레이드부(184c)가 형성된다. 상기 블레이드부(184c)는 가스터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지를 갖는다.
여기서, 상기 압축기의 블레이드와는 달리, 터빈의 블레이드는 고온고압의 연소가스와 직접 접촉하게 된다. 상기 연소 가스의 온도는 1700℃ 달할 정도의 고온이기 때문에 냉각 수단을 필요로 하게 된다. 이를 위해서, 상기 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈 측 블레이드로 공급하는 냉각 유로를 갖게 된다.
상기 냉각 유로는 상기 하우징 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터 디스크의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 도 2에서, 상기 블레이드부의 표면에는 다수의 필름 쿨링홀(184d)이 형성되는데, 상기 필름쿨링홀(184d)들은 상기 블레이드부(184c)의 내부에 형성되는 쿨링 유로(미도시)와 연통되어 냉각 공기를 상기 블레이드부(184c)의 표면에 공급하는 역할을 하게 된다.
상기 터빈케이싱과 연소가스가 배출되는 터빈배기부인 디퓨저 사이에는 터빈배기부 지지장치(1000)가 설치되어 상기 터빈배기부(106)를 고정시킨다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈배기부 지지장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 케이싱지지블럭부, 배기부지지블럭부 및 회전연결부의 결합구조를 도시한 구성도이다.
도 3,4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈배기부 지지장치(1000)는, 케이싱지지블럭부(1100), 배기부지지블럭부(1200) 및 회전연결부(1300)로 이루어진다.
본 발명의 배기부(106)는 터빈케이싱의 후단에 설치되어 터빈을 통과한 배기가스가 배출되는 것으로, 토출속도를 감소시키기 위하여 디퓨저 구조로 이루어질수 있다.
상기 터빈배기부 지지장치(1000)는 상기 터빈케이싱(102b) 및 배기부(106)의 일측에 배치되며, 양단이 상기 터빈케이싱(102b)과 상기 배기부(106)와 각각 연결되어 상기 터빈케이싱(102b) 및 상기 배기부(106)를 서로 결합시킨다.
상기 케이싱지지블럭부(1100)는, 상기 터빈케이싱(102b)에 설치되며, 케이싱지지블럭(1101) 및 케이싱고정편(1102)을 포함한다.
상기 케이싱지지블럭(1101)은 상기 터빈케이싱(102b)의 외주를 따라 복수개가 배치되며, 상기 터빈케이싱(102b)의 외주면에 고정된다. 상기 케이싱지지블럭(1101)의 일측면에는 한 쌍의 케이싱고정편(1102)이 돌출되어 형성된다. 상기 한 쌍의 케이싱고정편(1102)은 서로 이격되어 형성된다. 상기 케이싱고정편(1102)의 사이에는 후술할 연결로드(1301)의 일단이 삽입되어 결합된다. 상기 케이싱고정편(1102)의 중앙에는 제1연결홀(1102a)이 관통되어 형성된다.
상기 배기부(106)의 외주에는 배기부지지블럭부(1200)가 설치된다. 상기 배기부지지블럭부(1200)는 상기 케이싱지지블럭부(1100)로부터 이격되어 설치되며, 일측면이 상기 배기부(106)에 고정된다.
상기 배기부지지블럭부(1200)는, 배기부지지블럭(1201) 및 배기부고정편(1202)을 포함한다. 상기 배기부지지블럭(1201)은 상기 배기부(106)의 외주를 따라 서로 이격되어 복수개가 설치되며, 상기 배기부(106)의 외주면에 고정된다.
상기 배기부지지블럭(1201)은 길이고정블럭(1201a) 및 외주고정블럭(1201b)으로 이루어진다. 상기 길이고정블럭(1201a)은 일단이 상기 배기부(106)에 고정되며, 상기 배기부(106)의 길이방향을 따라 길게 형성된다. 상기 배기부지지블럭(1201)은 전체적으로 "T"자 형상으로 이루어지진다.
상기 배기부지지블럭(1201)의 일측면에는 상기 터빈케이싱측으로 돌출되어 형성되는 배기부고정편(1202)이 형성된다. 상기 배기부고정편(1202)에는 제2연결홀(1205b)이 관통되어 형성된다.
상기 배기부고정편(1202)은 외주고정편(1203), 길이고정편(1204) 및 연결편(1205)으로 이루어진다. 상기 외주고정편(1203)은 일단이 상기 외주고정블럭(1201b)과 고정되며, 상기 배기부측으로 돌출되어 형성된다. 상기 길이고정편(1204)은 상기 외주고정편(1203)의 타단으로부터 상기 배기부의 길이방향측으로 돌출되어 형성된다. 상기 길이고정편(1204)은 삼각형상의 패널형상으로 이루어지는 수평지지판재(1204a) 및 수직지지판재(1204b)로 이루어진다. 상기 수평지지판재(1204a)는 일단이 상기 외주고정편(1203)과 결합되며, 상기 수직지지판재(1204b)는 상기 수평지지판체(1204a)의 일단과 수직하게 결합된다. 상기 수평지지판재(1204a)는 삼각형상의 패널형상으로 이루어져 강한 강도를 가질 수 있도록 한다.
상기 연결편(1205)은 상기 길이고정편(1204)의 일단에 형성되며, 중앙에 제2연결홀(1205a)이 형성된다. 상기 연결편(1205)은 연결로드(1301)와 결합된다.
상기 회전연결부(1300)는 상기 케이싱지지블럭부(1100)와 상기 배기부지지블럭부(1200) 사이에 형성되며, 양단이 상기 케이싱지지블럭부(1100)와 상기 배기부지지블럭부(1200)와 각각 회전가능하게 결합된다.
상기 회전결합부(1300)는, 연결로드(1301)와 제1연결핀(1303) 및 제2연결핀(1308)을 포함한다. 상기 연결로드(1301)는 양단에 제1,2볼트홀(1302)(1307)이 형성된다. 상기 제1볼트홀(1302)은 상기 제1연결홀(1102a)과 연통되게 형성되며, 상기 제2볼트홀(1307)은 상기 제2연결홀(1205a)과 연통되게 형성된다.
상기 제1연결핀(1303)은 상기 제1볼트홀(1302) 및 상기 제1연결홀(1102a)에 삽입되어, 상기 연결로드(1301)와 상기 케이싱고정편(1102)을 회전가능하게 결합시킨다.
상기 제1연결핀(1303)의 일단에는 상기 제1연결핀(1303)이 상기 제1볼트홀(1302) 및 상기 제1연결홀(1102a)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 제1핀고정너트(1304)가 형성된다. 상기 제1핀고정너트(1304)와 상기 제1연결핀(1303)은 서로 나사결합된다.
상기 제2연결핀(1308)은 상기 제2볼트홀(1307) 및 상기 제2연결홀(1205a)에 삽입되어, 상기 연결로드(1301)와 상기 배기부고정편(1202)을 회전가능하게 결합시킨다.
상기 제2연결핀(1308)의 일단에는 상기 제2연결핀(1308)이 상기 제2볼트홀(1307) 및 상기 제2연결홀(1205a)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 제2핀고정너트(1309)가 형성된다. 상기 제2핀고정너트(1309)와 상기 제2연결핀(1308)은 서로 나사결합된다.
이와 같은 터빈배기부 지지장치(1000)는, 고온의 배기가스가 터빈배기부를 통과하여 토출할 때, 고온에 의하여 상기 배기부가 열변형 하는 경우, 상기 배기부는 상기 연결로드의 회전에 의하여 상기 터빈케이싱에 대하여 반경방향으로 위치가 변위될 수 있으므로, 배기부에서 발생하는 열응력을 최소화하여 배기부가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 터빈배기부 지지장치는 상기 배기부의 축방향으로의 위치를 일정하게 유지함으로써 배기부가 상기 터빈케이싱으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 터빈배기부 지지장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예가 적용되는 터빈의 정면도이다.
도 5,6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 터빈배기부 지지장치(2000)는, 케이싱지지블럭부, 배기부지지블럭부, 회전연결부 및 스토퍼(2400)로 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에 따른 터빈배기부 지지장치의 케이싱지지블럭부, 배기부지지블럭부 및 회전연결부는, 상술한 제1실시예의 터빈배기부 지지장치의 구성과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하고, 이하에서는 스토퍼의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 스토퍼(2400)는 상기 연결로드(2301)의 일단의 하측에서 돌출되어 형성된다. 상기 스토퍼(2400)의 일측면은 상기 연결로드(2301)에 결합되고, 타측면은 상기 길이고정편(2204)의 수직지지판재(2204b)의 하면에 접하도록 형성된다.
상기 스토퍼(2400)는, 일단이 상기 수직지지판재(2204b)의 하면에 접하게 형성되어 상기 연결로드(2301)는 상기 배출부(106)의 반경방향이 증가하는 방향으로만 움직이게 된다. 이에 따라 열팽창 및 수축이 반복되어도 상기 터빈케이싱(102b)에 대하여 배기부(106)의 센터링을 유지할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 가스터빈 110 : 압축기
120 : 터빈 102b : 터빈케이싱
106 : 배기부 1100 : 케이싱지지블럭부
1200 : 배기부지지블럭부 1300 : 회전연결부
2400: 스토퍼

Claims (30)

  1. 터빈케이싱의 후단에 설치되어 터빈을 통과한 배기가스가 배출되는 터빈의 배기부를 지지하는 터빈배기부 지지장치에 있어서,
    상기 터빈케이싱의 외주에 설치되는 케이싱지지블럭부;
    상기 케이싱지지블럭부에 이격되어 설치되며, 상기 배기부의 외주에 설치되는 배기부지지블럭부; 및
    일단은 상기 케이싱지지블럭부와 회전가능하게 결합되고, 타단은 상기 배기부지지블럭부와 회전가능하게 결합되는 회전연결부를 포함하고,
    상기 케이싱지지블럭부는, 상기 터빈케이싱의 외주를 따라 고정되는 케이싱지지블럭과, 상기 케이싱지지블럭의 일측면에서 돌출되어 형성되는 한 쌍의 케이싱고정편을 포함하며,
    상기 배기부지지블럭부는, 상기 배기부의 외주를 따라 고정되는 배기부지지블럭과, 상기 배기부지지블럭의 일측면에서 상기 터빈케이싱 측으로 돌출되어 형성되는 배기부고정편을 포함하고,
    상기 케이싱고정편에 제1연결홀이 관통되어 형성되고,
    상기 배기부고정편에 제2연결홀이 관통되어 형성되며,
    상기 회전연결부는, 양단에 상기 제1연결홀 및 상기 제2연결홀과 각각 연통되는 제1,2볼트홀이 각각 형성되는 연결로드와,
    상기 제1연결홀 및 상기 제1볼트홀에 삽입되는 제1연결핀과,
    상기 제2연결홀 및 상기 제2볼트홀에 삽입되는 제2연결핀을 포함하는 터빈배기부 지지장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀의 일단에 형성되어, 상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀을 각각 고정시키는 제1핀고정너트 및 제2핀고정너트를 포함하는 터빈배기부 지지장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기부지지블럭은, 상기 배기부의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 일단이 상기 배기부에 고정되는 길이고정블럭과, 상기 길이고정블럭의 타단으로부터 상기 배기부의 외주방향을 따라 연장되어 형성되는 외주고정블럭을 포함하는 터빈배기부 지지장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 배기부고정편은, 일단이 상기 외주고정블럭과 고정되며, 상기 배기부측으로 돌출되어 형성되는 외주고정편과, 상기 외주고정편의 타단으로부터 상기 배기부의 길이방향측으로 돌출되어 형성되는 길이고정편과, 상기 길이고정편의 일단에 형성되어 상기 연결로드와 결합되는 연결편을 포함하는 터빈배기부 지지장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 길이고정편은, 일단이 상기 외주고정편과 결합되며 삼각형상 패널 형상으로 이루어지는 수평지지판재 및 상기 수평지지판재의 배기부측에 수직으로 결합되는 수직지지판재를 포함하는 터빈배기부 지지장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 연결로드의 하측에 형성되어 상기 연결로드의 회전각도를 제한하는 스토퍼를 더 포함하는 터빈배기부 지지장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 스토퍼는 일측면이 상기 연결로드에 결합되고, 타측면은 상기 수직지지판재의 하면에 접하는 터빈배기부 지지장치
  11. 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈에 있어서,
    복수의 터빈 디스크와, 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 복수의 터빈 로터;
    상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인; 및
    가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하는 터빈케이싱;
    상기 터빈케이싱의 일측에 결합되어 상기 터빈 로터를 통과한 연소가스를 외부로 배출하는 배기부; 및
    상기 터빈케이싱의 외주에 설치되는 케이싱지지블럭부와, 상기 케이싱지지블럭부에 이격되어 설치되며 상기 배기부의 외주에 설치되는 배기부지지블럭부와, 일단은 상기 케이싱지지블럭부와 회전가능하게 결합되고 타단은 상기 배기부지지블럭부와 회전가능하게 결합되는 회전연결부를 포함하는 터빈배기부 지지장치를 포함하고,
    상기 케이싱지지블럭부는, 상기 터빈케이싱의 외주를 따라 고정되는 케이싱지지블럭과, 상기 케이싱지지블럭의 일측면에서 돌출되어 형성되는 한 쌍의 케이싱고정편을 포함하며,
    상기 배기부지지블럭부는, 상기 배기부의 외주를 따라 고정되는 배기부지지블럭과, 상기 배기부지지블럭의 일측면에서 상기 터빈케이싱측으로 돌출되어 형성되는 배기부고정편을 포함하고,
    상기 케이싱고정편에 제1연결홀이 관통되어 형성되고,
    상기 배기부고정편에 제2연결홀이 관통되어 형성되며,
    상기 회전연결부는, 양단에 상기 제1연결홀 및 상기 제2연결홀과 각각 연통되는 제1,2볼트홀이 각각 형성되는 연결로드와,
    상기 제1연결홀 및 상기 제1볼트홀에 삽입되는 제1연결핀과,
    상기 제2연결홀 및 상기 제2볼트홀에 삽입되는 제2연결핀을 포함하는 터빈.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀의 일단에 형성되어, 상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀을 각각 고정시키는 제1핀고정너트 및 제2핀고정너트를 포함하는 터빈.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 배기부지지블럭은, 상기 배기부의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 일단이 상기 배기부에 고정되는 길이고정블럭과, 상기 길이고정블럭의 타단으로부터 상기 배기부의 외주방향을 따라 연장되어 형성되는 외주고정블럭을 포함하는 터빈.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 배기부고정편은, 일단이 상기 외주고정블럭과 고정되며, 상기 배기부측으로 돌출되어 형성되는 외주고정편과, 상기 외주고정편의 타단으로부터 상기 배기부의 길이방향측으로 돌출되어 형성되는 길이고정편과, 상기 길이고정편의 일단에 형성되어 상기 연결로드와 결합되는 연결편을 포함하는 터빈.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 길이고정편은, 일단이 상기 외주고정편과 결합되며 삼각형상 패널 형상으로 이루어지는 수평지지판재 및 상기 수평지지판재의 배기부측에 수직으로 결합되는 수직지지판재를 포함하는 터빈.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 연결로드의 하단에 형성되어 상기 연결로드의 회전각도를 제한하는 스토퍼를 더 포함하는 터빈.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 스토퍼는 일측면이 상기 연결로드에 결합되고, 타측면은 상기 수직지지판재의 하면에 접하는 터빈.
  21. 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 통해 연료를 연소시켜 연소가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 공급받은 연소가스에 의해 회전하는 것으로서, 복수의 터빈 디스크와, 상기 복수의 터빈 디스크의 외측면에 각각 결합되는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 로터와, 상기 복수의 터빈 블레이드 사이에 배치되는 복수의 터빈 베인과, 가스터빈의 운전 시 연소기에서 공급되는 연소가스에 의해 회전하는 타이로드의 외주면에 다단으로 장착되는 상기 터빈 로터와 연소가스의 흐름방향을 가이드하는 상기 터빈 베인을 수용하는 터빈케이싱과, 상기 터빈케이싱의 일측에 결합되어 상기 터빈 로터를 통과한 연소가스를 외부로 배출하는 배기부와, 상기 터빈케이싱의 외주에 설치되는 케이싱지지블럭부와, 상기 케이싱지지블럭부에 이격되어 설치되며 상기 배기부의 외주에 설치되는 배기부지지블럭부와, 일단은 상기 케이싱지지블럭부와 회전가능하게 결합되고 타단은 상기 배기부지지블럭부와 회전가능하게 결합되는 회전연결부를 포함하는 터빈;을 포함하고,
    상기 케이싱지지블럭부는, 상기 케이싱의 외주를 따라 고정되는 케이싱지지블럭과, 상기 케이싱지지블럭의 일측면에서 돌출되어 형성되는 한 쌍의 케이싱고정편을 포함하며,
    상기 배기부지지블럭부는, 상기 배기부의 외주를 따라 고정되는 배기부지지블럭과, 상기 배기부지지블럭의 일측면에서 상기 케이싱측으로 돌출되어 형성되는 배기부고정편을 포함하고,
    상기 케이싱고정편에 제1연결홀이 관통되어 형성되고,
    상기 배기부고정편에 제2연결홀이 관통되어 형성되며,
    상기 회전연결부는, 양단에 상기 제1연결홀 및 상기 제2연결홀과 각각 연통되는 제1,2볼트홀이 각각 형성되는 연결로드와,
    상기 제1연결홀 및 상기 제1볼트홀에 삽입되는 제1연결핀과,
    상기 제2연결홀 및 상기 제2볼트홀에 삽입되는 제2연결핀을 포함하는 가스터빈.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 청구항 21에 있어서,
    상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀의 일단에 형성되어, 상기 제1연결핀 및 상기 제2연결핀을 각각 고정시키는 제1핀고정너트 및 제2핀고정너트를 포함하는 가스터빈.
  26. 청구항 21에 있어서,
    상기 배기부지지블럭은, 상기 배기부의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 일단이 상기 배기부에 고정되는 길이고정블럭과, 상기 길이고정블럭의 타단으로부터 상기 배기부의 외주방향을 따라 연장되어 형성되는 외주고정블럭을 포함하는 가스터빈.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 배기부고정편은, 일단이 상기 외주고정블럭과 고정되며, 상기 배기부측으로 돌출되어 형성되는 외주고정편과, 상기 외주고정편의 타단으로부터 상기 배기부의 길이방향측으로 돌출되어 형성되는 길이고정편과, 상기 길이고정편의 일단에 형성되어 상기 연결로드와 결합되는 연결편을 포함하는 가스터빈.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 길이고정편은, 일단이 상기 외주고정편과 결합되며 삼각형상 패널 형상으로 이루어지는 수평지지판재 및 상기 수평지지판재의 배기부측에 수직으로 결합되는 수직지지판재를 포함하는 가스터빈.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 연결로드의 하단에 형성되어 상기 연결로드의 회전각도를 제한하는 스토퍼를 더 포함하는 가스터빈.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 스토퍼는 일측면이 상기 연결로드에 결합되고, 타측면은 상기 수직지지판재의 하면에 접하는 가스터빈.
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